CN109755738A - 一种双极化网格天线 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种双极化网格天线，其包括第一介质基板；第二介质基板，与所述第一介质基板间隔地设置；第一辐射贴片，呈网格状，设置于所述第一介质基板靠近所述第二介质基板的一面，用于辐射并产生第一谐振峰；第二辐射贴片，呈网格状，设置于所述第二介质基板远离所述第一介质基板的一面，用于辐射并产生第二谐振峰；反射接地金属板，布置于所述第一辐射贴片和第二辐射贴片的一侧方；所述第一谐振峰对应的波长与所述第二谐振峰对应的波长之差在预设范围内。本申请双极化网格天线可以有效拓展频带宽度，同时减小天线尺寸。

Description

一种双极化网格天线

技术领域

本申请涉及通讯技术领域，特别是涉及一种双极化网格天线。

背景技术

随着通信技术的发展，出现了微带天线技术，其市场需求越来越大，尤其当前5G天线技术的小型化特点更加依赖于微带天线结构。微带天线(microstrip antenna)通常是在一个薄介质基片上，一面附上导电薄层(通常为金属薄层)作为反射接地金属板，另一面制成一定形状的辐射贴片，并且对辐射贴片馈电的天线。微带天线具有剖面低、重量轻、易于加工等优点。

然而，传统的这种微带天线的工作带宽较窄，通常提高频宽的方法包括非规则金属贴片、金属贴片上开设缝隙等，这两种方法能够增加天线的带宽有限，且容易使天线辐射方向图畸变；另外，为保证天线指标，传统微带天线的尺寸必须为其工作波长的一半，导致其外形较大，无法满足小型化需求。

发明内容

基于此，有必要针对上述传统微带天线的技术问题，提供一种辐射特性好、带宽较宽且能够小型化的一种双极化网格天线。

一种双极化网格天线，包括：

第一介质基板；

第二介质基板，与所述第一介质基板间隔地设置；

第一辐射贴片，呈网格状，设置于所述第一介质基板靠近所述第二介质基板的一面，用于辐射并产生第一谐振峰；

第二辐射贴片，呈网格状，设置于所述第二介质基板远离所述第一介质基板的一面，用于辐射并产生第二谐振峰；

反射接地金属板，布置于所述第一辐射贴片和第二辐射贴片的一侧方；

所述第一谐振峰对应的波长与所述第二谐振峰对应的波长之差在预设范围内。

在其中一个实施例中，还包括设置于所述第一介质基板远离所述第二介质基板的一面的两个耦合馈电贴片，所述两个耦合馈电贴片的尺寸相同且相互垂直，并分别于馈电点由同轴线进行激励。

在其中一个实施例中，所述两个耦合馈电贴片分别沿着所述第一辐射贴片的对角线方向，以相互垂直的角度由馈电点位置相向地向着对角线的角部延伸。

在其中一个实施例中，所述网格状的第一辐射贴片和第二辐射贴片二者之中的至少一个是分别沿两个相互垂直的方式呈周期性排列的金属条带组构成，且具有N*N镂空矩阵形式的结构，N为不小于2的正整数。

在其中一个实施例中，所述第一辐射贴片与所述第二辐射贴片为两个平面边长不同的正方形贴片，且所述第一辐射贴片最***的金属条带尺寸大于所述第二辐射贴片最***的金属条带尺寸。

在其中一个实施例中，该双极化网格天线的中心频率为λ，所述第一辐射贴片、所述第二辐射贴都具有由金属条带组成的11*11镂空矩阵形式的结构，所述第一辐射贴片的外形尺寸为0.4λ*0.4λ,所述第二辐射贴片的外形尺寸为0.32λ*0.32λ。

在其中一个实施例中，

还包括焊接片；

所述同轴线包括同轴内导体，所述同轴内导体依次贯穿所述反射接地金属板以及所述第一介质基板；

所述焊接片位于所述第一介质基板靠近所述第二介质基板的一侧，且所述焊接片与所述同轴内导体焊接连接所述同轴内导体。

在其中一个实施例中，所述还包括支撑部件，所述支撑部件支撑并固定所述第一介质基板、所述第二介质基板、所述第一辐射贴片以及所述第二辐射贴片。

在其中一个实施例中，所述支撑部件包括绝缘件，所述绝缘件依次贯穿并固定所述第一介质基板、所述第一辐射贴片、所述第二介质基板以及所述第二辐射贴片。

在其中一个实施例中，所述支撑部件包括金属件，所述金属件依次贯穿并固定所述第一介质基板、所述第一辐射贴片、所述第二介质基板以及所述第二辐射贴片，并且所述金属件接地。

本发明申请的双极化网格天线，通过设置第二辐射贴片与第一辐射贴片而产生不同的谐振峰。并且第二谐振峰对应的波长与第一谐振峰对应的波长之差在预设范围内，使辐射谐振叠加，拓展了频带宽度，相对带宽可以达到35％；另外，其辐射特性好，在整个频段内隔离度都低于-15dB，且方向图具有很好的对称性，不会存在畸形；同时，由其金属条带组成的网格状结构而不是传统的金属实体贴片，使中心频率为λ的天线辐射体尺寸减少到0.4λ*0.4λ,从而可以实现小型化。

附图说明

图1为一个实施例中的一种双极化网格天线的立体图。

图2为图1所示的一种双极化网格天线的立体分解图。

图3为图1所示的一种双极化网格天线的局部侧视图。

图4为一个实施例中的一种双极化网格天线的S11、S22、S12曲线图。

图5为一个实施例中的一种双极化网格天线的其中一馈电端口的E、H面方向图。

图6为一个实施例中的一种双极化网格天线的另一馈电端口的E、H面方向图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

微带天线具有剖面低、重量轻、易于加工等优点。但由于其辐射原理，一般工作带宽较窄。如何在不影响微带天线辐射的前提下，增加微带天线的带宽并减少微带天线尺寸，是大家研究的重点与难点。

在一个实施例中，参考图1以及图2，提供了一种微带天线，包括第一介质基板100、第二介质基板200、第一辐射贴片300、第二辐射贴片400、以及反射接地金属板700。

第一介质基板100、第二介质基板200可以选择相同的材料，例如，介电常数为4.4的环氧玻璃布层(FR4)压板。当然，二者也可以选择其他相同或者不同的材料。第二介质基板200与第一介质基板100间隔设置。

第一辐射贴片300以及第二辐射贴片400可以选择金属等导体材料。二者具有接受馈电并进行辐射而产生电磁波的作用。第一辐射贴片300设置于第一介质基板100靠近第二介质基板200的一面，其接受馈电后，可以辐射并产生第一谐振峰。第二辐射贴片400设置于第二介质基板200远离第一介质基板100的一面，其接受馈电后，可以辐射并产生第二谐振峰。

参考图1以及图2，第一辐射贴片300与第二辐射贴片400均为网格状贴片。

网格状贴片上的电流，不仅可在网格线上传输，同时还可以通过网格线之间的耦合来进行传输。因此，网格状贴片的网格的边角会产生类似微带天线的缝隙辐射。因此，当第一辐射贴片300或第二辐射贴片400采用网格状贴片时，电流等效传输路径变长。在进行相同辐射的情况下，天线体积可以有效减少，进而有利于天线的小型化设计。

当第一辐射贴片300与第二辐射贴片400均为网格状贴片时，可以设计微带天线整体尺寸具体为：0.4λ(长度)*0.4λ(宽度)*0.13λ(厚度)。此时，天线整体体积相较于传统微带天线(采用实心形式)减少了20％。

同时，当第一辐射贴片300与第二辐射贴片400均为网格状贴片时，二者上的网格尺寸可以相同，也可以不同，具体可以根据实际情况进行设置。

继续参考图1以及图2，微带天线还包括反射接地金属板700。反射接地金属板700与第一介质基板100间隔设置。并且，反射接地金属板700与第二介质基板200分居第一介质基板100的两侧。因此，反射接地金属板700可以对电磁波起到良好的反射的作用。

本实施例由于设置了两个介质基板(第二介质基板200与第一介质基板100

)，并在两个基板上分别设置了两个辐射贴片(第一辐射贴片300与第二辐射贴片400)，进而可以产生两个不同的谐振峰(第一谐振峰与第二谐振峰)。并且，第一谐振峰对应的波长与第二谐振峰对应的波长之差在预设范围内。

因此，第二辐射贴片400产生的谐振可以与第一辐射贴片300产生的谐振可以相互叠加，进而可以有效拓宽微带天线的带宽。这里的预设范围指的是，可以使得第二辐射贴片400产生的谐振与第一辐射贴片300产生的谐振临近而可以相互叠加，进而拓展整体带宽的波长范围，具体可以根据实际产品需求进行设定。

因此，本申请可以通过第二辐射贴片400的辐射谐振与第一辐射贴片300的辐射谐振叠加，进而有效扩展微带天线的带宽。并且，本申请的第二介质基板200与第一介质基板100间隔设置。因此，微带天线的辐射口径可以被有效增大。

在本申请实施例中，可以设置第一介质基板100的长度与第一辐射贴片300的长度相同，且第一介质基板100的宽度与第一辐射贴片300的宽度相同，进而便于加工制造。同理，可以设置第二介质基板200的长度与第二辐射贴片400的长度相同，且第二介质基板200的宽度与第二辐射贴片的宽度400相同，进而便于加工制造。

在一个实施例中，参考图2以及图3，微带天线还包括两个耦合馈电贴片500。两个耦合馈电贴片500设置于第一介质基板100远离第二介质基板200的一面。两个耦合馈电贴片500尺寸相同且相互垂直，并分别于馈电点由同轴线600进行激励。

这里的同轴线600包括同轴内导体610。同轴内导体610连接耦合馈电贴片500，进而为耦合馈电贴片500馈电。

此时，耦合馈电贴片500与第一辐射贴片300之间设置有第一介质基板100。因此，耦合馈电贴片500将接受到的馈电能量以电容耦合的方式传输到第一辐射贴片300。第一辐射贴片300接受耦合馈电贴片500传输的馈电能量，并将接受到的一部分馈电能量辐射而产生第一谐振峰。

第一辐射贴片300与第二辐射贴片400之间设置有第二介质基板200以及第一辐射贴片300与第二介质基板200之间的空气。因此，第一辐射贴片300将接受到的另一部分馈电能量以电容耦合的方式传输到第二辐射贴片400。第二辐射贴片400用于接受第一辐射贴片300传输的馈电能量，并将接受到的馈电能量辐射而产生第二谐振峰。

因此，本实施例采用电容式耦合馈电的方式，抵消了同轴线600引入的电感，进而有效拓展了微带天线的带宽。

当然，本申请实施中，对第一辐射贴片300以及第二辐射贴片400的馈电形式并不限于此。例如，二者可以直接通过同轴线馈电等。

本申请实施例中，第一辐射贴片300可以为正方形贴片。耦合馈电贴片500为可以为矩形贴片。

两个耦合馈电贴片500分别沿着第一辐射贴片300的对角线方向，以相互垂直的角度由馈电点位置相向地向着对角线的角部延伸。此时，本实施例的微带天线可以作为基站天线。

本申请实施例中，为了便于设计，可以设置网格状的第一辐射贴片300是分别沿两个相互垂直的方式呈周期性排列的金属条带组构成，且具有N*N镂空矩阵形式的结构，N为不小于2的正整数。或者设置第二辐射贴片400是分别沿两个相互垂直的方式呈周期性排列的金属条带组构成，且具有N*N镂空矩阵形式的结构，N为不小于2的正整数。或者设置第一辐射贴片300、第二辐射贴片400均是分别沿两个相互垂直的方式呈周期性排列的金属条带组构成，且具有N*N镂空矩阵形式的结构，N为不小于2的正整数。

具体地，可以设置第一辐射贴片300、第二辐射贴400都具有由金属条带组成的11*11镂空矩阵形式的结构。所述第一辐射贴片300的长度与宽度均0.4λ,所述第二辐射贴片的的长度与宽度均0.32λ

在一个实施例中，继续参考图1以及图2，设计第一辐射贴片300与第二辐射贴片400为两个平面边长不同的正方形贴片，且第一辐射贴片300最***的金属条带尺寸大于所述第二辐射贴片400最***的金属条带尺寸。即，二者在垂直于各自厚度方向的平面上的截面均为正方形，且两个正方形边长不同，进而实现两个不同的谐振的辐射。即，第一辐射贴片300产生第一辐射峰，而第二辐射贴片400产生第二辐射峰。

在一个实施例中，参考图2以及图3，微带天线包括反射接地金属板700与同轴线600的同时，还包括焊接片800。同轴线600的同轴内导体610依次贯穿反射接地金属板700以及第一介质基板200，进而进行馈电。例如，如前述说明，当微带天线包括耦合馈电贴片500时，耦合馈电贴片500连接同轴内导体610，进而接受馈电。

焊接片800位于第一介质基板100靠近第二介质基板200的一侧。当第一辐射贴片300为网格状贴片时，焊接片800与第一辐射贴片300共同可以设置于第二介质基板200的同一表面。此时，焊接片800可以设置于网格的镂空内部。

焊接片800与同轴内导体610连接而固定同轴内导体610，进而将同轴线600固定。

在一个实施例中，参考图1以及图2，微带天线还包括支撑部件900。支撑部件900支撑并固定第一介质基板100、第二介质基板200、第一辐射贴片300以及第二辐射贴片400。因此，本实施例通过支撑部件的设置，方便有效地实现了第一介质基板100、第二介质基板200、第一辐射贴片300以及第二辐射贴片400的组装。

为了加强支撑部件900的支撑固定作用，可以设置多个支撑部件900，进而防止微带天线的各组成部件之间发生转动。

其中，支撑部件900可以包括绝缘件910。绝缘件910依次贯穿并固定第一介质基板100、第一辐射贴片300、第二介质基板200以及第二辐射贴片400。

绝缘件910一方面可以有效起到支撑固定的作用，另一方面不会对微带天线的信号造成影响。为了加强绝缘件910的支撑固定作用，可以设置其数量为四个。四个绝缘件910可以分别设置在微带天线的边角位置。

或者，支撑部件900还可以包括金属件920。金属件920依次贯穿并固定第一介质基板100、第一辐射贴片300、第二介质基板200以及第二辐射贴片400。并且，金属件920接地，进而使得金属件920可以对地放电，进而起到防雷作用，进而保护天线的电路结构。金属件920可以设置于微带天线的中央位置，进而便于对整个天线进而全防雷保护。

为了更好进行支撑，同时兼具防雷功能，可以设置支撑部件900同时包括绝缘件910以及金属件920。例如，在微带天线的四个边角位置分别设置有一个绝缘件910。同时，在微带天线的中央设置一个金属件920。当然，本申请实施例中支撑部件900也可以只设置有绝缘件910，或者只设置有金属件920。本申请对此并不做限制，支撑部件900只要具有支撑固定的作用均可。

在本申请等的一个实施例中，设置第一介质基板100的长度与宽度均为150mm。第一辐射贴片300的长度与宽度也均为150mm，其上的网格的镂空部分的长度与宽度均为11.5mm。第二介质基板200长度与宽度均为115mm。第二辐射贴片400的长度与宽度也均为115mm，其上的网格的镂空部分的长度与宽度均为9mm。同时，第一介质基板100与第二介质基板200的厚度均为1.2mm。

绝缘件910与金属件920将第一介质基板100、第二介质基板200以及反射接地金属板700支撑并固定。

同轴线600的同轴外导体620与反射接地金属板700相连，并且与同轴内内导体610共同自反射接地金属板700远离第一介质基板100的一侧穿出反射接地金属板700。同轴外导体620穿出反射接地金属板700后靠近第一介质基板100，其穿出长度为26.8mm。而同轴内导体610继续贯穿第一介质基板100，并通过焊接片800固定在第一介质基板100靠近第二介质基板200的一侧。耦合馈电贴片500连接同轴内导体610，且位于第一介质基板100远离第二介质基板200的一侧。

图4是本实施例微带天线的S11、S22、S12仿真曲线图。由此可知，本发明的S11带宽范围为657MHz-936MHz，相对带宽达到了35％。同时，图5与图6分别为是两个同轴线的E、H面方向图。由此可知，本实施例具有较高增益，达到8.5dB以上，同时方向图具有很好的对称性。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种双极化网格天线，其特征在于，包括：

第一介质基板；

第二介质基板，与所述第一介质基板间隔地设置；

第一辐射贴片，呈网格状，设置于所述第一介质基板靠近所述第二介质基板的一面，用于辐射并产生第一谐振峰；

第二辐射贴片，呈网格状，设置于所述第二介质基板远离所述第一介质基板的一面，用于辐射并产生第二谐振峰；

反射接地金属板，布置于所述第一辐射贴片和第二辐射贴片的一侧方；

所述第一谐振峰对应的波长与所述第二谐振峰对应的波长之差在预设范围内。

2.根据权利要求1所述的一种双极化网格天线，其特征在于，还包括设置于所述第一介质基板远离所述第二介质基板的一面的两个耦合馈电贴片，所述两个耦合馈电贴片的尺寸相同且相互垂直，并分别于馈电点由同轴线进行激励。

3.根据权利要求2所述的一种双极化网格天线，其特征在于，所述两个耦合馈电贴片分别沿着所述第一辐射贴片的对角线方向，以相互垂直的角度由馈电点位置相向地向着对角线的角部延伸。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种双极化网格天线，其特征在于，所述网格状的第一辐射贴片和第二辐射贴片二者之中的至少一个是分别沿两个相互垂直的方式呈周期性排列的金属条带组构成，且具有N*N镂空矩阵形式的结构，N为不小于2的正整数。

5.根据权利要求4所述的一种双极化网格天线，其特征在于，所述第一辐射贴片与所述第二辐射贴片为两个平面边长不同的正方形贴片，且所述第一辐射贴片最***的金属条带尺寸大于所述第二辐射贴片最***的金属条带尺寸。

6.根据权利要求4所述的一种双极化网格天线，其特征在于，该双极化网格天线的中心频率为λ，所述第一辐射贴片、所述第二辐射贴都具有由金属条带组成的11*11镂空矩阵形式的结构，所述第一辐射贴片的外形尺寸为0.4λ*0.4λ,所述第二辐射贴片的外形尺寸为0.32λ*0.32λ。

7.根据权利要求4所述的一种双极化网格天线，其特征在于，

还包括焊接片；

所述同轴线包括同轴内导体，所述同轴内导体依次贯穿所述反射接地金属板以及所述第一介质基板；

所述焊接片位于所述第一介质基板靠近所述第二介质基板的一侧，且所述焊接片与所述同轴内导体焊接连接所述同轴内导体。

8.根据权利要求1至3或4至7中任一项所述的一种双极化网格天线，其特征在于，所述还包括支撑部件，所述支撑部件支撑并固定所述第一介质基板、所述第二介质基板、所述第一辐射贴片以及所述第二辐射贴片。

9.根据权利要求8所述的一种双极化网格天线，其特征在于，所述支撑部件包括绝缘件，所述绝缘件依次贯穿并固定所述第一介质基板、所述第一辐射贴片、所述第二介质基板以及所述第二辐射贴片。

10.根据权利要求8所述的一种双极化网格天线，其特征在于，所述支撑部件包括金属件，所述金属件依次贯穿并固定所述第一介质基板、所述第一辐射贴片、所述第二介质基板以及所述第二辐射贴片，并且所述金属件接地。